矿震对鹤岗矿区矿井安全生产的影响及防治对策

韩福生，连鸿全

(黑龙江龙煤鹤岗矿业公司，黑龙江 鹤岗 154100)

矿震是由于井下采矿活动导致岩层应力突然释放而引起的一种动力现象,是与采矿活动伴生的地质灾害。只要有采掘活动，就有矿震的产生。矿震的发生往往会导致井下冒顶、塌方、底鼓、片帮等次生灾害，带来工程设施的毁坏、开采设备的损坏和作业人员的伤亡。较大的矿震还会使地面建筑受到一定程度的破坏,并使地面数公里范围内有震感。

冲击地压是矿震的一种特殊显现形式，可以定义为：矿山井巷和采场周围煤岩体，由于变形能的释放而产生的以突然、急剧、猛烈的破坏为特征的动力现象。简单地讲，冲击地压就是煤(岩)体的突然破坏现象。它是影响煤矿安全生产的重大灾害之一。

冲击地压在我国不同地区的煤矿和不同专业书刊中有不同的称谓，常见的有“冲击矿压”、“矿山冲击”、“煤爆”、“岩爆”等。

1 鹤岗矿区概况

鹤岗矿区是一个具有百年开采历史的老矿区，1917年开发，1945年建企，井田呈南北分布，矿区面积252 km2. 煤种以1/3焦煤和气煤为主，兼有部分主焦煤，煤质特低硫、低磷、低砷，是国家首批确定的特殊和稀缺煤类矿区。现有地质储量16.2亿t，其中可采储量8.8亿t，有可采和局部可采煤层36层，煤层总厚度39～86 m，煤层倾角20°～30°.

鹤岗附近是天然构造地震活跃的地区，矿区内有规模宏大的活动性断裂“郯-庐”，断裂北延带的分支“伊-舒”断裂在鹤岗煤田东部通过。鹤岗煤田处于3个地震带之间，凤翔-兴东-四方山地震带、尚志-石头庙子地震带、汤源-裕德地震带，其中尚志-石头庙子地震带距鹤岗煤田较近、较活跃。

2 矿震危害对鹤岗矿区安全生产的影响

鹤岗矿区因地质构造的断裂、地震活动的影响以及开采深度的增加，矿震频繁、能量较大。从富力矿1998年发生第一起冲击地压事故起，已有多个矿井发生冲击地压，分别为富力矿、南山矿、峻德矿和兴安矿。经统计，2012.01.01—2013.03.17，鹤岗分公司微震系统监测到1×104J以上矿震活动总计2 071次，发生冲击地压显现21次。鹤岗地震台监测到鹤岗矿区发生矿震291次，其中有139次与矿区微震监测系统监测时间相吻合。

其中，峻德矿微震系统监测到74次，总计发生影响生产的冲击显现9次，冲击显现区域均为三水平北17层三四区一段一分层。发生冲击显现的最大能量为1.34×106J，震级2.28，时间为2012年9月12日；最小能量为2.22×103J，震级0.81，时间为2012年8月30日；冲击影响破坏最大的为2013年3月15日，能量为9.36×104J，震级1.67，造成5名矿工遇难。

兴安矿监测到194次，总计发生影响生产的冲击显现5次，冲击显现区域为四水平北11层1-3区二段底板层(4次)、四水平南11层1-3区二段一分层风道掘进(1次)。发生冲击显现的最大能量为1.67×106J，震级2.33，时间为2012年9月15日(一分层风道掘进)；最小能量为2.04×104J，震级1.36，时间为2012年2月22日(北部底板层风道掘进)。

富力矿监测到60次，没有发生影响生产的冲击显现。

南山矿监测到1 386次，发生影响生产的冲击显现7次，冲击显现区域均为盆底区南翼15层三分段。发生冲击显现的最大能量为5.78×106J，震级2.61，时间为2013年1月18日；最小能量为2.09×105J，震级1.85，时间为2012年6月19日；破坏影响较大的冲击为2012年12月7日，释放能量为4.55×105J，震级2.03，工作面停产20天，进行恢复、卸压治理。

益新矿监测到357次，没有发生影响生产的冲击显现。其中监测到邻矿振兴煤矿1×103J以上矿震总计119次，其中1×103J矿震86次，1×104J矿震28次，1×105J矿震5次。从震源分布看，各月震源分布较散、不集中，且大部分距离振兴矿18层工作面较远。2013年3月，总计监测到振兴矿1×103J以上矿震12次，震源主要集中于北部18层工作面周围，尤其3月11日震源集中于该区。对照震源时空关系，工作面周边矿震频次频繁、能量较大，震源分布较广,说明振兴矿北部18层工作面回采，引起周边已采区(该区左部、右部及上部)以及周边断层区域顶、底板活化，造成该区域围岩大范围活动。

2013年3月11日振兴煤矿采煤一队在停产期间突发井下泥石流，当日益新煤矿SOS微震系统监测到1 000 J以上矿震事件8次， 13时44分52秒发生能量4.14×105J的矿震，相当于里氏震级2.01级。随后在振兴煤矿采煤一队工作面周围相继发生多次震动，根据震源位置和时间分析，矿震的发生使工作面及巷道周围覆岩活动瞬间加剧，造成该区域围岩大范围活动，在应力重新分布的同时产生了多次不同能量的震动。

现鹤岗矿区开采深度多在500～800 m，随着开采深度的不断增加，由矿震引发的冲击地压日趋严重，已成为威胁鹤岗分公司矿井安全生产的重大灾害之一。

自2012年以来发生21次影响安全生产的冲击显现，累计破坏巷道528 m，停产恢复影响峻德矿9天(不含2013年“3.15”停产时间)、兴安矿7天、南山矿24天，不完全统计少出煤量16万吨多，直接经济损失15 000余万元。“3.11”事故的发生致使振兴矿北部永久封闭，造成矿井无采煤工作面，损失惨重。振兴煤矿突水前后2 h益新矿靠振兴矿边界震源分布图见图1.

图1 震源分布图

3 防治对策

为减少矿震频次，降低矿震和冲击地压显现强度，主要采取如下治理方法：

1) 优化采区设计，减少阶段煤柱和分区煤柱的留设，杜绝孤岛开采；优先开采保护层，从源头治理冲击地压。

2) 对顶板实施深孔预裂爆破，缩短破断步距，降低震源能量。

3) 采取煤岩预卸压措施，增加衰减指数，降低诱发能量。

4) 采取煤层预注水措施，降低煤层冲击倾向性。

各种自治理手段不能消除矿压显现与矿震，只是最大限度地减弱矿震(冲击)的显现强度，达到冲击地压 “有震无显、有震无灾”的目标。

鹤岗矿区冲击地压煤层基本顶多为厚而坚硬顶板，一般在煤层以上50～100 m. 厚而坚硬基本顶使工作面上位形成范围广、跨度大的覆岩大结构。

按现有的顶板预裂手段，施工条件、预裂深度有限，还很难弱化煤层顶板50 m以上厚而坚硬的基本顶。

对顶板深孔预裂打钻，施工难度大，需要有适宜的施工场所和设备，还需要投入大量的人力、物力，既增加了成本投入，又制约着生产能力的有效发挥。

为减少、消弱矿震危害，鹤岗公司与科研单位建立了长期合作机制，开展了多项科研项目研究：1) 开展“基于防冲的多煤层协调开采设计关键技术”研究，对鹤岗公司煤矿进行合理开采部署、开采保护层，尽量减少覆岩主关键层悬空面积与采空区周围的能量聚集；优化开采技术参数，控制采动导致的矿压显现强度。2) 借助峻德矿冲击地压和隐患排查治理工程，研究适用于鹤岗矿区的弱化厚而坚硬顶板的实施方案(深孔预裂、岩石水力致裂等)，实施采前 “大范围、高强度”的煤岩预卸压；通过高强度的煤岩预卸压措施，控制强矿震的频次和能量以及可能诱发的矿压显现烈度。

4 下步构想

1) 研究、试验由地表打钻孔至覆岩主关键层下位离层带，在地面设置注浆站，注浆材料为粉煤灰加水制成的浆液，使用压力泵将粉煤灰浆液通过管路和钻孔注入离层带，浆液中的水通过岩层裂隙渗流流失，粉煤灰在离层空间内沉淀形成充填体。

2) 选择适宜的块段，研究、试验充填开采，减少矿震危害，最终实现有震无显、有震无灾、不影响生产、不伤人，无大的财产损失。